Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большинство крупнейших нефтяных месторождений и залежей России вступило в позднюю стадию разработки, в результате осложняется добыча нефти, возрастает ее обводненность до 80-90 %, изменяются и свойства добываемой нефти, в частности повышается ее вязкость. Кроме того, применение различных методов интенсификации добычи нефти приводит к образованию большого количества устойчивых эмульсий промежуточных слоев, формирование которых приводит к срыву технологического процесса подготовки нефти, ухудшению качества товарной нефти и дренажной воды.
Разрушение эмульсий промежуточных слоев, образующихся на нефтепромыслах, невозможно даже с применением высокоэффективных деэмульгаторов. Это впоследствии приводит к образованию «амбарных нефтей», хранение которых приводит к негативным экологическим последствиям загрязнения окружающей среды. Только в России ежегодно их образуется 6-7 млн. тонн, что составляет 1-2 % от общего объема добычи нефти в стране.
Образование эмульсий промежуточных слоев также приводит к существенным потерям нефти и повышению эксплуатационных затрат на подготовку товарной нефти. Данная проблема имеет место на большинстве месторождений России, эксплуатация которых находится на поздней стадии.
Поэтому в настоящее время актуальными остаются вопросы разработки новых деэмульгирующих составов с целью повышения эффективности процесса разрушения высокоустойчивых водонефтяных эмульсий и эмульсий промежуточных слоев с получением нефти товарного качества.
Цель работы. Разработка композиционных составов деэмульгаторов для разрушения устойчивых водонефтяных эмульсий, поступающих на установки подготовки нефти (УПН), и эмульсий промежуточных слоев вторичного происхождения, формирующихся и накапливающихся в отстойных аппаратах
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
обосновать причины повышения устойчивости водонефтяных эмульсий и эмульсий промежуточных слоев в результате применения химических реагентов для интенсификации добычи нефти на примере нефтей Каменного и Ем-Еганского месторождений Ханты-Мансийского автономного округа;
- исследовать поверхностно-активные, в том числе смачивающие свойства блоксополимеров и композиций на их основе в модельных системах «толуол-вода»;
оценить влияние исследуемых ПАВ на снижение структурно-механической прочности межфазных слоев в модельных системах «нефть-вода»;
исследовать деэмульгирующую эффективность разработанных композиционных составов и определить оптимальное соотношение компонентов на основе результатов лабораторных исследований и опытно-промысловых испытаний;
- провести опытно-промысловые испытания на УПН.
Научная новизна работы характеризуется следующими основными результатами:
-
Впервые для водонефтяных эмульсий Каменного и Ем-Еганского месторождений установлено, что в результате проведения кислотных и щелочных обработок снижается межфазное натяжение на границе раздела «нефть-вода», способствующее передиспергированию нефтяной дисперсной системы сформированием устойчивой мелкодисперсной эмульсии, стабилизированной хлопьевидными частицами по ли акрилам и да (ПАА) на межфазных адсорбционных слоях за счет полимерного воздействия.
-
Выявлены закономерности снижения вязкоупругих свойств адсорбционного слоя на границе раздела «нефть-вода» при добавлении в состав деэмульгатора алкоксилированного полиэтиленаминового полимера (АПЭП) и пентамера окиси пропилена (ПОП), позволяющих композиционной смеси приобрести более высокую поверхностную активность в сравнении с отдельно взятыми компонентами.
Практическая значимость работы характеризуется следующими основными результатами:
-
Разработан высокоэффективный композиционный состав деэмульгатора на основе простых полиэфиров и неионогенных ПАВ - АПЭП и ПОП.
-
Проведенные опытно-промысловые испытания разработанного композиционного состава А-3 на объектах подготовки нефти Каменного и Ем-Еганского нефтяных месторождений ОАО «ТНК-Нягань» (ОАО «РН-Няганьнефтегаз») позволили подтвердить его высокую деэмульгирующую и смачивающую способности, обеспечивающие повышение качества товарной нефти и дренажной воды, снижение удельного расхода деэмульгатора на 27,3 % на объекте «Каменное» и на 26,1 % на объекте «Красноленинский».
-
Промышленное применение разработанного деэмульгатора на установке предварительного сброса воды с дожимной насосной станцией (УПСВ с ДНС-1) «Каменное» позволило разрушить устойчивые эмульсии промежуточных слоев и предотвратить их повторное накопление.
На чантиту выносятся следующие положения:
-
Причины повышения устойчивости водонефтяных эмульсий Каменного и Ем-Еганского нефтяных месторождений и эмульсионных слоев вторичного происхождения Каменного месторождения.
-
Результаты исследований поверхностно-активных, в том числе смачивающих свойств индивидуальных блоксополимеров и композиций на их основе.
-
Изменения во времени реологических свойств межфазных слоев, сформированных асфальто-смолистыми веществами (АСВ), выделенных из нефти Каменного месторождения, при воздействии исследуемых ПАВ и их композиций.
-
Результаты деэмульгирующей эффективности разработанных композиционных составов и определение оптимального соотношения компонентов на нефтепромысле в лабораторных условиях на свежеотобранных эмульсиях
-
Результаты опытно-промысловых испытаний разработанного композиционного деэмульгатора на объектах подготовки нефти Каменного (УПСВ с ДНС-1 «Каменное») и Ем-Еганского (УПН-1 и УПН-2 ЦТП «Красноленинский») нефтяных месторождений.
Методы исследования. В работе использовали следующие методы: определение межфазного натяжения с применением пластины Вильгеми, определение реологических свойств межфазных адсорбционных слоев ПАВ с помощью метода осциллирующей капли, определение смачивающих свойств ПАВ с помощью метода определения краевого угла смачивания, определение деэмульгирующей эффективности композиционных составов деэмульгаторов с помощью методики «бутылочной пробы».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I и II Международных научных школах «Международное сотрудничество в области химии и химической технологии: образование, наука, производство» ФГБОУ ВПО КНИТУ (Казань, 2013-2014 гг.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Практические аспекты нефтепромысловой химии» АН РБ (Уфа, 2014 г.), XV Международной научной конференции «Наукоемкие химические технологии - 2014» (Звенигород, 2014 г.), Международной научной школе «Особенности реализации совместных образовательных программ бакалавров и магистров по химической технологии: опыт университетов ECTNA стран ЕС» ФГБОУ ВПО КНИТУ (Казань, 2014 г.), VII Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники - 2014» ФГБОУ ВПО УГНТУ (Уфа, 2014 г.), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе» ФГБОУ ВПО КНИТУ (Казань, 2014 г.), II Международной научно-практической конференции (X Всероссийской научно-практической конференции) «Нефтепромысловая химия» (Москва, 2015 г.), V Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Экологические проблемы нефтедобычи» ФГБОУ ВПО «УГНТУ»(Уфа, 2015 г.), VI Всероссийской молодежной научно-технической конференции и школы молодых ученых «Наукоемкие химические технологии - 2015» (Москва, 2015 г.).
Результаты работы также обсуждались на итоговых научных сессиях в ФГБОУ ВО «КНИТУ» в 2011-2017 гг.
Публикации работы. Основное содержание работы изложено в 18 научных публикациях, в том числе 8 статьях в изданиях, рекомендуемых ВАК для размещения материалов диссертаций, и 10 тезисов докладов.
Личный вклад автора состоит в активном участии во всех этапах выполненной работы: постановке цели и задач исследования, анализе существующих литературных данных, проведении лабораторных и опытно-промысловых испытаний, написании и оформлении статей, обсуждении результатов и оформлении диссертации. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, получены автором лично или при его непосредственном участии. Выводы сформулированы автором самостоятельно.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 182 страницах, состоит из введения и шести глав, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 269 наименований, и 1 приложения. Работа иллюстрирована 50 рисунками и содержит 16 таблиц.
Работа выполнена на кафедре «Химической технологии переработки нефти и газа» ФГБОУ ВО «КНИТУ» в соответствии с планом Программы развития топливно-энергетического комплекса Республики Татарстан на 2006-2020 годы (Закон Республики Татарстан от 13.01.2007 г. № 7-ЗРТ).
Б лагод арности. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность к.т.н., доценту кафедры ХТПНГ О.Ю. Сладовской за активное участие при обсуждении результатов исследовании реологических свойств межфазных пленок АСВ и исследуемых ПАВ диссертационной работы.